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聚丙烯酰胺保水剂

来源:未知     时间:2019-06-11 10:06    点击次数:
  保水剂使用的是高吸水性树脂,它是一种吸水能力特别强的功能高分子材料。无毒无害,反复释水、吸水,因此农业上人们把它比喻为"微型水库"。同时,它还能吸收肥料、农药、并缓慢释放,增加肥效、药效。高吸水性树脂广泛用于农业、林业、园艺、建筑材料;在工业方面可广泛应用于石油化工、电缆、造纸、传感器、灭火器具、纤维制品、化妆品、食品保鲜、膨胀玩具等。
  在许多行业都需要保水,那么聚丙烯酰胺作为保水剂在众多行业应用的比较好,以下是鸿畅化工总结的作为保水剂PAM需要注意的几点问题:
  1、采用高相对分子质量非离子聚丙烯酰胺与低相对分子质量聚丙烯酰胺按照一定的比例复配使用,浆料保水性能优于阴离子聚丙烯酰胺
  2、随着低相对分子质量聚丙烯酰胺中丙烯酰胺含量的不同,浆料保水性能逐渐增加,达到40%左右时,保水性能为优异。
  3、复配的聚丙烯酰胺溶液在pH值为8左右时使用,其保水性能为优异。
  4、通过高相对分子质量非离子聚丙烯酰胺与低相对分子质量聚丙烯酰胺复配所得增稠剂具有优良保水性能,基本与现行工业上使用的保水剂的保水性能相当,因此其在增稠的同时又起到保水作用,明显改善了涂料的保水性能。
  干旱是全世界关注的大事。本世纪50年代以来,随着工业的快速发展和人口的急剧膨胀,气候变暖干旱问题变的日益突出。这些问题促使各国科学家开始研究解决干旱问题的有效方法。
  保水剂
  本论文采用室内分析与盆栽试验相结合的方法,研究了保水剂与营养液的相互作用、保水剂对基质物理性状的影响、不同水分处理条件下保水剂对番茄生长及水分利用效率和对菜心生长及光合特性的影响,以探讨基质栽培中保水剂应用的可行性。主要研究结果如下: 1、与纯水相比,保水剂在营养液中的吸水倍率明显下降。在1、2和4个剂量的营养液中,保水剂的相对吸水倍率分别只有35.69%、22.68%和14.99%。 2、保水剂对营养液中的N有较强的吸持能力,但对P的吸持能力则较弱。当营养液分别为1、2和4剂量时,在500mL营养液中,每克保水剂吸持的N量分别为5.62mg、8.55mg和14.67mg,吸持率分别为10.77%、8.35%和7.24%;相同条件下,每克保水剂吸持的P量分别为0.41mg、0.87mg和1.86mg,吸持率分别为2.77%、2.85%和2.87%。 3、保水剂加入到基质中后,能显著提高基质的持水能力,并随着保水剂用量的增加,各种基质持水量也显著增加。当保水剂用量分别为1、2、4、8g/L时,与对照相比,砂、炉渣、锯木屑、砂+锯木屑4种基质持水量分别增加18.64%-218.73%、14.56%-133.64%、47.24%-95.81%和16.35%-135.16%。 在40℃恒温脱水条件下,不同时间基质累计失水量与保水剂用量关系不大,但失水率则随保水剂用量的增加而减少。脱水44h后,保水剂用量分别为O、1、2、4、8g/L5种处理的基质失水率分别为93.31%、87.62%、79.70%、62.25%和44.47%,基质残留水分随保水剂用量的增加而增加,保水剂用量大的基质能较长时间保持较多的水分。 4、在水分耗竭条件下,随着保水剂用量的增加,番茄株高、叶片数、茎粗、植株到达萎蔫天数和生物量都随之增加。在相同保水剂用量条件下,株高、叶片数、茎粗、植株到达萎蔫天数和生物量都是锯木屑>炉渣>砂。当保水剂用量分别为1、2、4和8g/L时,与对照(未加保水剂)相比,砂基质中到达萎蔫天数和干质量增幅分别为12.64%-85.06%和52.11%-364.04%,炉渣基质中增幅分别为11.3%~50.43%和24.74%-144.93%,锯木屑基质中增幅分别为7.97%-29.71%和9.85%~88.55%。 在基质相对持水量分别为100%、85%、70%及55%4种水分条件下,处理(2ggL保水剂)与对照(未加保水剂)相比,番茄株高、生物量和水分利用效率明显增加,且随着水分胁迫程度的加强,处理与对照间株高、生物量和水分利用效率的差异越大。移栽后35d,干质量增幅分别为0.73%、1.∞%、10.08%和12.88%,水分利用效率增幅分别为7.42%、14.36%、28.06%和29.93%。 5、水分耗竭条件下,加入保水剂的基质出苗率与对照相比有所提高,但各处理间没有显著性差异,植株到达萎蔫天数则随保水剂用量的增加而增加,各处理间到达萎蔫天数的差异全部达到显著性水平。 在基质相对持水量分别为100%、80%和60%3种水分条件下,菜心净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间C02浓度和生物量都是处理(保水剂用量为2fit,)高于对照(未加保水剂)。基质持水量100%时,处理与对照净光合速率、蒸腾速率、气孔导度的差异不显著,基质持水量为80%和60%时,差异显著;而胞间C02浓度和鲜质量、干质量在3种水分处理条件下处理与对照的差异达到显著性水平。
  20世纪50年代以前人类使用的吸水性材料主要为天然物质和无机物。例如天然纤维、天然蛋白质。50年代,Goodrich公司开发了交联聚丙烯酸的生产技术,使得吸水性高分子物质应用于增黏剂。
  超强吸水性树脂的出现是1961年美国农业部北方研究所C,R,Russell等从淀粉接枝丙烯腈开始研究,该吸水性树脂最初在亨克尔股份公司(Henkelcorporation)工业化成功,其商品名为SGP(Starch Graft polymer),当时美国主要以农业为中心积极推广应用,首先应用在土壤改良、保水抗旱、育种保苗等方面。
  60年代末至70年代,美国Starch、General Mills Chemical,日本住友化学、三洋化成工业等公司相继成功地开发了高吸水性树脂。其中成效最大的是美国、日本、法国和德国等。
  80年代开始出现用其他天然化合物衍生物经化学反应制取吸水性物质,合成超强吸水性树脂的发展,促进应用研究的开展。
  吸水性复合材料在20世纪80年代产生。由于它能改善超强吸水性树脂的耐盐性、吸水速度、吸水后水凝胶的强度等许多性能,所以发展迅速。近年已开始研究吸水性高分子物的共混技术。这些为发展高吸水性材料提供了更加广阔的前景。
  中国高吸水性树脂的研究工作起步较晚,80年代开始起步,近20年来全国已有近20个单位先后进行了研究,有的已转入中试阶段,并有小批量的生产。目前国内已有批量生产能力的厂家,这些生产厂的产品都是聚丙烯酸钠或淀粉接枝聚丙烯酸钠,该类产品质量,除了化合物组成本身外,主要还和设备、技术、工艺有关。国外进口产品主要有比利时TC(Terra Cottem 土壤植被与科特姆简称),法国SNF的AQUASORB保水剂,德国Stockhau Sen生产的Stocksorb保水剂,随着国家对生态环境建设投资加大和重视,国内保水剂类产品研究、开发、生产呈现一轮高潮。
  吸水原理编辑
  保水剂的吸水原理相同于一般SAPs,是高分子电解质分子链在水中酰胺基和/或羧基团同性相斥使分子链扩张力和由于交联点的限制分子链的扩张力而相互作用而成的。以聚丙烯酰胺为例,保水剂会有大量酰胺和羧基亲水基团,利用树脂内部离子和基团与水溶液相关成分的浓度之差产生的渗透压及高分子电解质与水的亲和力而可大量吸水直至浓度差消失为止。而控制保水剂达到令人满意吸水程度的是橡胶弹力。分子结构交联度越高,橡胶弹力越强,而橡胶弹力和吸水力的平衡点即是其表观吸水能力。
  由于分子结构交联,分子网络所吸水分不能用一般物理方法挤出而起到保水作用。
  由此,同样组成的聚合物交联度越低,吸水倍率相对越高,其保水性、稳定性和凝强度就越低,反之亦然。所以,国际上对于使用周期较长的保水剂自然需要较高的交联度,并不追求高吸水倍率和速率。以聚丙烯酰胺为例,其表观倍率并不高,吸水速率也依粒径不同差别很大,凝强度高的保水剂吸水后有一定形状,不易解体,利于土壤透气,吸放水可逆性好。因为保水剂一般掺入地下5至15厘米,故国际上现在更强调加压下的吸水倍率。依粒径不同,聚丙烯酰胺型吸纯水倍率150-300。
  产品类别编辑
  目前国内外的保水剂共分为两大类,一类是丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物(聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵等);另一类是淀粉接枝丙烯酸盐共聚交联物(淀粉接枝丙烯酸盐)。
  聚丙烯酰胺--聚丙烯酰胺呈白色颗粒晶体状,主要成分为:丙烯酰胺65%-66%+丙烯酸钾23%-24%+水8%-10%+交联剂0.5%-1.0%。在国际上,法国、德国、日本、美国和比利时等国所生产的保水剂大多属于这类成分的产品。该产品的特点是:使用周期和寿命较长,在土壤中的蓄水保墒能力可维持4年左右,但其吸水能力会逐年降低。据黄土区造林试验观察,使用该类保水剂造林后的当年,其吸水倍率维持在100-120倍,第二年吸水倍率降低20%-30%,第三年降低约40%-50%,第四年降低更多。
  聚丙烯酸钠--聚丙烯酸钠为白色或浅灰色颗粒状晶体,主要成分有:聚丙烯酸钠88%(其中含钠24.5%)+水8%-10%+交联剂0.5%-1.0%。国内生产的保水剂大多是这种成分的产品。其主要特点是:吸水倍率高,吸水速度快,但保水性能只能保持2年有效。据造林试验观测,这类产品的吸水能力和吸水速率明显高于聚丙烯酰胺产品,在土壤中如遇充分给水,0.5-1.0小时后便迅速吸收自重的130-140倍的水分;但第二年的吸水倍率要降低约60%左右。由于聚丙烯酸钠会造成土壤中钠离子含量的递增,林业和农业用保水剂的生产厂家大多改为生产聚丙烯酸钾或聚丙烯酸铵。
  淀粉接枝丙烯酸盐--淀粉接枝丙烯酸盐为白色或淡黄色颗粒状晶体,主要成分为:淀粉18%-27%+丙烯酸盐62%-71%+水10%+交联剂0.5%-1.0%。这种产品在用于造林地蓄水保墒时,使用寿命一般只能维持1年多的时间,但吸水倍率和吸水速度等性状极佳。据实验室对黄土浸提液的吸水对比试验,该类保水剂在遇水后的15-20分钟内即可吸收自重150-160倍的水分。
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